金属材料热力学(徐祖耀著)思维导图
材料热力学 ppt课件
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4.1 新相的形成和相变驱动力 4.2 马氏体相变热力学 4.3 珠光体转变（共析分解）热力学 4.4 脱溶分解热力学 4.5 调幅（Spinodal）分解热力学
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4.1 新相的形成和相变驱动力
4.1.1 新相的形成
材料发生相变时，在形成新相前往往出现浓度起伏， 形成核胚再成为核心、长大。无论核胚是稳定相还是 亚稳相，只要符合热力学条件都可能成核长大。因此， 相变中可能出现一系列亚稳定的新相。
材料热力学
第四章 相变热力学 / 第五章 界面热力学
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参考书目
徐祖耀 主编，材料热力学，高等教育出版社， 2009.
赵乃勤 主编，合金固态相变，中南大学出版社， 2008.
江伯鸿 编著，材料热力学，上海交通大学出版社， 1999.
徐瑞等 主编，材料热力学与动力学，哈尔滨工业 大学出版社，2003.
基本内容：
计算相变驱动力，以相变驱动力大小决定相 变的倾向，帮助判定相变机制，在能够估算临 界相变驱动力的条件下，可求得相变的临界温 度。相变驱动力与相变阻力的平衡。
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相变的分类：
1. 按热力学分类：一级相变、二级相变…… 2. 按原子迁移特征分类（固态相变）：扩散型
相变、无扩散型相变。 3. 按相变方式分类：形核-长大型相变（不连续
匀形核，因此所需的过冷度也小。
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第四章 相变热力15 学
4.2 马氏体相变热力学
4.2.1 马氏体相变
高碳钢经淬火发生了马氏体相变，获得马氏体显 微组织，具有很高的硬度，但塑性较差。
马氏体相变是钢件热处理强化的主要手段，要求 高强度的钢都是通过淬火来实现。
固态相变1-2
1869年，安德鲁斯发现（气-液相变）临界点和临界现象 1873年，范德瓦尔斯(Van der Waals )提出了范德瓦尔斯(非理 想气体)方程 a ( p 2 )( v b ) R T v 1876和1878年，Gibbs分两部分发表了“论复相物质的平衡” Gibbs主要贡献： 引入Gibbs函数和化学势
上述三种变化可以单独出现，也可以两种或三种变化兼而有之。
§2.1 相及相变
图2.1 水的P‐T图
图2.2 铁的P‐T图
§2.1 相及相变
相变的 分析表征技术
§1.3 相变研究发展简况
1900年，荷兰Roozeboom根据相率修订了Austen1899年发 表的Fe-C相图。
图1.8a Roozeboom 修订的Fe‐C相图，1900年
图1.8b 目前接受的Fe‐C相图
为纪念Austen在固溶体和Fe‐C相图的贡献，1900年命名固溶体为奥氏体。
7大晶系和14个布拉维点阵
图1.1 相变及能量变化
图1.2 7大晶系和14个布拉维点阵
第一章 绪论 §1.1 相变研究的意义
固态相变是金属材料热处理的基础。利用相变可改善材料 的显微组织，提高材料的性能，充分发挥材料的潜力。
图1.1 材料研究的四要素
第一章 绪论 §1.1 相变研究的意义
第四章 § 4.1 § 4.2 第五章 第六章 第七章 第八章
珠光体共析转变 珠光体共析转变 相间沉淀 马氏体相变 贝氏体相变 其它相变 近代相变理论简介(自学)
第三章 脱溶沉淀和Spinodal分解
脱溶沉淀 时效硬化合金中的脱溶沉淀 胞状脱溶 Spinodal分解
主要内容
材料相变过程涉及热力学、动力学和晶体学
07310160+材料热力学
材料热力学Thermodynamics of Materials课程编号：07310160学分：2学时：30 （其中：讲课学时：30 实验学时：0 ; 上机学时：0 ）先修课程：物理化学、材料科学与工程适用专业:材料物理与化学，无机非金属材料，金属材料，高分子材料与工程，复合材料与工程教材：《材料热力学》，郝士明主编，化学工业出版社，2004年1月第1版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务:《材料热力学》课程是材料类相关专业教学计划中重要的专业课，以热力学和统计热力学的原理和方法研究材料问题，它与动力学、晶体学以及固体物理和固体化学组成材料科学的基础。
材料科学与工程已成为一个整体。
热力学对发展材料的品种、提高材料的质量、日益显示其积极的作用，应用材料热力学原理可以阐明和预测相图，相变以及材料的其他物理现象。
要求学生在完成学习《物理化学》、《材料科学与工程》等课程，以及进行了认识实习，有一定的生产实际知识的基础上再安排学习本课程。
学好本课程对进一步学好材料专业的专业课具有奠定基础的重要作用。
材料热力学课程的任务是：1、掌握热力学的基本知识，理解相图的构成规则和诠释相图，深入理解材料热力学的基本理论和研究方法；2、能应用材料热力学的原理和方法来分析和解决实际的材料问题。
二、课程的基本内容及要求第一章绪论1、教学内容（1）热力学发展史及分类；（2）热力学定律回顾。
2、基本要求了解材料热力学发展史及分类，掌握材料热力学的基本概念，熟悉各种热力学关系式的推导、适用条件和在材料中的应用。
3、重难点（1）重点是热力学关系式的推导、适用条件和在材料中的应用；（2）难点是热力学关系式的推导。
第二章单组元材料的热力学1、教学内容（1）金属相变的体积效应的热力学解释；（2）纯金属中的平衡空位浓度；（3）晶体的热容及由热容计算自由能；（4）单组元材料两相平衡。
2、基本要求掌握单组元材料的相变体积效应、热容的概念；掌握热容计算自由能的计算；掌握单组元材料的两相平衡的计算；了解Gibbs-Helmholtz方程的推导和应用。
金属学与热处理原理思维导图
第一章金属与合金的晶体结构⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧越多，结合能越低密排列的原因：原子数固态金属中原子趋于紧衡距离使得能量最低则排列的原因：保持平固态金属中原子趋于规双原子作用模型的解释结合力与结合能延展性不透明具有金属光泽正的电阻温度系数导热性导电性解释固态金属的特性定义金属键金属原子的结构特点金属原子间的结合3.1.12.1.11.1.11.1⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧各向异性熔点晶体与非晶体的区别金属玻璃的定义晶体的定义晶体与非晶体1.2.1⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧年名词解释晶胞（晶粒年名词解释）晶格（空间点阵定义晶体结构定义晶体结构与空间点阵04012.2.1⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧密排六方面心体心间隙密排六方面心体心晶体中的原子堆垛和间隙晶体中的原子堆垛方式配位数：、、、、、密排六方：典型代表：配位数：、、、、面心立方：典型代表配位数：、、、、、体心立方：典型代表：构三种典型的金属晶体结12Cd Co Ti Be Mg Zn 12Ag Al Ni Cu Fe -8W Mo Nb V Cr -3.2.1γαFe ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧相互结合而成的综合体大小数量及分布的相，同，形成具有不同形状组织：由于形成条件不相互分开的组成部分成分性能均一并以界面相：合金中结构相同，组元的定义合金的定义合金相结构3.1⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧电阻温度系数下降电阻率升高物理性能韧性塑性机械性能固溶强化固溶体的性能有序固溶体力）合力大于同种原子结合短程有序（异种原子结大于异种原子结合力）偏聚（同种原子结合力偏聚与有序晶格畸变固溶体结构特点有序固溶体无序固溶体的相对分布分类按溶质原子与溶剂原子无限共熔体有限固溶体按固溶度分溶剂晶格类型溶质原子大小的因素影响间隙固溶体溶解度过渡族元素为溶剂溶质氢、氧、碳、氮、硼为定义名词解释）间隙固溶体（晶体结构电子浓度电负性原子尺寸的因素影响置换固溶体溶解度定义置换固溶体占位置分按溶质原子在晶格中所分类名词解释）、定义（固溶体9506041.3.1⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧）时具有体心立方结构（电子浓度为相，称为）时具有体心立方结构（电子浓度为决定于电子浓度电子化合物部分具有半导体性质高脆性高硬度成分不变服从原子价规律正常价化合物定义金属化合物142123142123.2.12.3.1 第二章：纯金属的结晶⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧过程的描述规律：形核长大金属结晶的围观过程结晶潜热）过冷现象（过冷度定义结晶过程的宏观现象金属结晶的现象2.1.2.2.11.1.21.2⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧关系最大相起伏与过冷度的相起伏的定义义近程有序远程有序的定结构条件与过冷度的推导热力学条件：自由能差金属结晶的条件3.22.2⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧过热度的影响固体杂质形貌的影响固体杂质结构的影响过冷度的影响形核率的推导临界晶核半径和形核功非均匀形核原子扩散形核功形核率与均匀形核进行比较的推导形核功与过冷度关系式能量起伏的概念推导定义形核功推导临界晶核半径变化的关系图分析晶核半径与自由能形核时的能量变化均匀形核晶核的形成.2.12.4.2.3.2.11.4.24.2⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧方式进行凝固总是以非均匀形核工业生产中液体金属的在一定的温度下进行的扩散迁移过程，需要晶核的形成过程是原子然现象皆是液体本身存在的自也需要能量起伏，二者形核既需要结构起伏，比成正比，与过冷度成反临界形核半径与表面能过冷的液体中进行液态金属的结晶必须在金属的结晶形核要点.5.4.3.2.1⎩⎨⎧≤≥）粗糙界面（）光滑界面（固液界面的微观结构2.25.11.5.2αα⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧制粗糙界面：垂直长大机螺型位错长大机制二位晶核长大机制光滑界面晶体长大机制2.5.2⎩⎨⎧负温度梯度正温度梯度温度梯度固液界面前沿液体中的3.5.2⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧粗糙界面为树枝状生长能长成规则形状的晶体值大时负温度梯度下仍晶大温度梯度下形成树枝的几何外形小温度梯度下长成规则值小时光滑界面在负的温度梯度下粗糙界面：平面长大形表面具有规则的几何外光滑界面：以密排面为在正的温度梯度下晶体生长的界面形状αα.2.14.5.2⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧度快粗糙界面：垂直长大速螺位错长大二位晶核长大光滑界面（速度慢）长大速度5.5.2⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧界面状态值较高的金属保持光滑枝状金属亚金属的界面呈树负的温度梯度平面长大等温面的平直界面，呈于粗糙界面的形态为平行互成一定角度呈锯齿状光滑界面的一些小晶面正温度梯度界面的微观结构有关界面前沿的温度梯度和晶体生长的界面形态与所需过冷度很大。
八年级上物理思维导图完整版
八年级上物理思维导图完整版一、力学1. 质点和物体质点的概念质点的特点物体的概念物体的特点2. 力的概念力的定义力的单位力的分类3. 力的作用效果力的平衡力的合成与分解力的平行四边形法则4. 重力重力的概念重力的方向重力的大小重力的计算5. 弹力弹力的概念弹力的方向弹力的大小弹力的计算6. 摩擦力摩擦力的概念摩擦力的方向摩擦力的大小摩擦力的计算7. 牛顿第一定律牛顿第一定律的内容牛顿第一定律的应用8. 牛顿第二定律牛顿第二定律的内容牛顿第二定律的应用9. 牛顿第三定律牛顿第三定律的内容牛顿第三定律的应用10. 动能动能的概念动能的计算动能的影响因素11. 势能势能的概念势能的计算势能的影响因素12. 机械能机械能的概念机械能的计算机械能的守恒二、热学1. 温度温度的概念温度的单位温度的测量2. 热量热量的概念热量的单位热量的传递方式3. 比热容比热容的概念比热容的计算比热容的影响因素4. 热力学第一定律热力学第一定律的内容热力学第一定律的应用5. 热力学第二定律热力学第二定律的内容热力学第二定律的应用6. 热机热机的概念热机的工作原理热机的效率7. 热传导热传导的概念热传导的方式热传导的影响因素8. 热辐射热辐射的概念热辐射的方式热辐射的影响因素9. 热对流热对流的概念热对流的方式热对流的影响因素10. 热膨胀热膨胀的概念热膨胀的方式热膨胀的影响因素三、光学1. 光的传播光的直线传播光的反射光的折射光的反射定律平面镜成像凸面镜成像3. 光的折射光的折射定律凸透镜成像凹透镜成像4. 光的色散光的色散现象光的色散原因光的色散应用5. 光的干涉光的干涉现象光的干涉条件光的干涉应用6. 光的衍射光的衍射现象光的衍射条件光的衍射应用7. 光的偏振光的偏振现象光的偏振条件光的偏振应用光的散射现象光的散射原因光的散射应用9. 光的吸收光的吸收现象光的吸收原因光的吸收应用10. 光的发射光的发射现象光的发射原因光的发射应用四、电磁学1. 电荷电荷的概念电荷的单位电荷的分类2. 电流电流的概念电流的单位电流的计算3. 电压电压的概念电压的单位电压的计算4. 电阻电阻的概念电阻的单位电阻的计算5. 欧姆定律欧姆定律的内容欧姆定律的应用6. 电路电路的概念电路的分类电路的计算7. 电功电功的概念电功的单位电功的计算8. 电能电能的概念电能的单位电能的计算9. 电热电热的概念电热的单位电热的计算10. 电磁感应电磁感应的概念电磁感应的条件电磁感应的应用五、现代物理1. 相对论相对论的概念相对论的基本原理相对论的应用2. 量子力学量子力学的基本概念量子力学的基本原理量子力学的基本应用3. 原子物理原子的概念原子的结构原子的性质4. 核物理核物理的概念核物理的基本原理核物理的基本应用5. 粒子物理粒子物理的概念粒子物理的基本原理粒子物理的基本应用6. 天体物理天体物理的概念天体物理的基本原理天体物理的基本应用7. 地球物理地球物理的概念地球物理的基本原理地球物理的基本应用8. 生物物理生物物理的概念生物物理的基本原理生物物理的基本应用9. 化学物理化学物理的概念化学物理的基本原理化学物理的基本应用10. 环境物理环境物理的概念环境物理的基本原理环境物理的基本应用八年级上物理思维导图完整版二、热学（续）11. 热力学第三定律热力学第三定律的内容热力学第三定律的应用12. 热平衡热平衡的概念热平衡的条件热平衡的应用13. 热容热容的概念热容的单位热容的计算14. 热导率热导率的概念热导率的单位热导率的计算15. 热辐射定律热辐射定律的内容热辐射定律的应用16. 热力学循环热力学循环的概念热力学循环的分类热力学循环的应用三、光学（续）17. 光的偏振光的偏振现象光的偏振条件光的偏振应用18. 光的散射光的散射现象光的散射原因光的散射应用19. 光的吸收光的吸收现象光的吸收原因光的吸收应用20. 光的发射光的发射现象光的发射原因光的发射应用21. 光的干涉光的干涉现象光的干涉条件光的干涉应用22. 光的衍射光的衍射现象光的衍射条件光的衍射应用23. 光的色散光的色散现象光的色散原因光的色散应用四、电磁学（续）24. 电容电容的概念电容的单位电容的计算25. 电感电感的概念电感的单位电感的计算26. 电感与电容的关系电感与电容的相互作用电感与电容的应用27. 电感与电阻的关系电感与电阻的相互作用电感与电阻的应用28. 电容与电阻的关系电容与电阻的相互作用电容与电阻的应用29. 电磁波电磁波的概念电磁波的传播电磁波的应用30. 电磁场电磁场的概念电磁场的性质电磁场的应用31. 电磁感应定律电磁感应定律的内容电磁感应定律的应用32. 电磁感应现象电磁感应现象的观察电磁感应现象的解释电磁感应现象的应用五、现代物理（续）33. 相对论（续）相对论的时间观念相对论的空间观念相对论的质量观念34. 量子力学（续）量子力学的波粒二象性量子力学的测不准原理量子力学的纠缠现象35. 原子物理（续）原子的能级结构原子的光谱原子的辐射与吸收核裂变与核聚变核能的应用核物理的实验方法37. 粒子物理（续）粒子的分类粒子的性质粒子的相互作用38. 天体物理（续）宇宙的起源与演化星系的结构与演化黑洞与暗物质39. 地球物理（续）地球的内部结构地球的外部环境地球物理的观测方法40. 生物物理（续）生物分子的结构生物系统的功能生物物理的实验方法41. 化学物理（续）化学反应的原理化学键的形成化学物理的实验方法环境污染的物理机制环境保护的物理方法环境物理的研究热点八年级上物理思维导图完整版六、波动学1. 波动的基本概念波动的定义波动的分类（横波、纵波）波动的传播方式（机械波、电磁波）2. 波动的基本性质波长、频率、波速的关系波动的能量与动量波动的干涉与衍射3. 机械波机械波的产生与传播机械波的反射、折射与衍射机械波的应用（声波、水波）4. 电磁波电磁波的产生与传播电磁波的性质（电场、磁场）电磁波的应用（无线电波、光波）七、量子物理1. 量子力学的基本概念量子态量子态的叠加量子态的坍缩2. 量子力学的实验验证双缝实验量子纠缠量子隧穿效应3. 量子计算与量子通信量子比特量子算法量子密钥分发4. 量子物理的应用量子传感器量子成像量子材料八、宇宙学1. 宇宙的起源大爆炸理论宇宙的膨胀宇宙的年龄2. 宇宙的结构星系、星系团、超星系团黑洞暗物质与暗能量3. 宇宙的演化宇宙的早期阶段宇宙的中期阶段宇宙的晚期阶段4. 宇宙学的观测方法光学望远镜射电望远镜红外望远镜九、环境物理1. 环境污染的物理机制大气污染水污染土壤污染2. 环境保护的物理方法净化技术治理技术预防技术3. 环境物理的研究热点全球气候变化生态系统的保护环境质量的监测十、物理与技术1. 物理与信息技术的结合量子计算光纤通信激光技术2. 物理与能源技术的结合太阳能风能核能3. 物理与材料科学的结合新型材料纳米技术磁性材料4. 物理与生物技术的结合生物传感器生物成像生物材料。
材料的相变研究及其应用-徐祖耀
ｗｉｔｈ ｏｒｄｅｒｅｄ ｐｈａｓｅ．
Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔａ“。ｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｉｔｅｒｉ。ｎ ｏｆ ｓｐｉｎｏｄａＩ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ
ｏｒ
ａＩｌｏｙｓ ｍａｙ ｂｅ
Ｖａｌｕａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｌｌｏｙｓ ｅｘｈｉｂｌｔｌｎｇ ｈｌｇｈ ｄａｍｐｉ“ｇ ｃａｐａｃｉｔｙ
要参考钢的胍温度，结构钢中慨温度的热力学预
测为钢的成分和工艺设计提供了基础． 徐祖耀”１“３建立了铜基合金热弹性马氏体相变 热力学，以杨氏模量测定及量热法所得结果估算铜
代理论．这些主要对连续相变具有普适性．材料科学 家在结构相变中探讨显微组织与性质（尤其是力学 性质）的变化规律，使相变的研究成果为材料工程中 的应用做出了显著成绩；近年来也学习和应用物理 学家所引用的理论．如郎道理论和软模理论等“］，目 的在于发挥材料在经济建设中的有效作用．近年物 理学家也对结构相变的具体特性加以关注，如专著 《金属物理学》中相变卷”１对相变的基础理论和材料 中具体相变行为有意识地加以联系．学科交叉正日 渐明显．本文主要阐述作者及其合作者所得相变研 究成果及其实用意义，并展望材料相变的理论研究 可望在材料工程中的应用．
０００
ｄ后与淬火回火比较，在接触疲劳寿命并不
降低的条件下）迭３４％．研究了Ｎｉ—Ｔｉ、ｃｕ—Ｚｎ—Ａｌ、Ｆｅ—Ｍｎ ｓｉ基合金厦ｚｒＯ。陶瓷的马氏体相变及其 逆相变特征，揭示了影响这些材料形状记忆效应（ｓＭＥ）的一些因素，并指出了改善ｓＭＥ的连径． 有利于这些材料的开发应用．贝氏俸相变的热力学研究，观察到生长台阶，母相强化对相变影响的 研究以厦内耗测量结果，均显示贝氏体相变属扩散型机制．Ｃｕ—Ｚｎ Ａｌ中加入阻碍Ｚｎ和Ａｌ扩散的 台金元素可能提高形状记忆使用寿命．揭示ｃｅｏ：Ｚｒｏｚ中存在贝氏体相变，并与其出现脆性有关． ｃｕ—ｚｎ中ｐ相有序化研究对有序化舍金的应用具有实际意义．三元合金ｓｐｉｎｏｄａｌ分解判据的建立． 对借ｓｐＩｎｏｄａｌ分解呈现高阻尼或高强度合金的开爱颇具价值．由群论导出呈现晶体学可逆性的每 件为形成单变体马氏体．应用孤立子于相变的形核一长大模型初见成效． 关键词：相变；材料Ｉ程；金属材料；含ＺｒＯ。陶瓷 中图分类号：ＴＧ
材料热力学发展
热质的数量和热质的温度差。热机在运转时，热质的总量是不变的，热质由高 温物体流向低温物体而作功。只有热质本身的守恒，不是热能向机械能的转化。 在不断的探索和研究中，卡诺接受了热动说，对热能转化为机械能的认识前进 了一步。 卡诺在一篇手稿中写道；“动力或能量是自然界中一个不变量。准确地说， 它既不能产生，也不能消灭。实际上它只改变形式，也就是说，它有时引起一 种运动，有时则引起另一种运动，但决不会消灭。” 卡诺的这一见解，已接近 发现热力学第一定律，也就是能量守恒和转化定律。遗憾的是，这一有价值的 见解还没有来得及发表，卡诺就在 1832 年的霍乱中死去。直到1878年，他的 遗稿才发表。 卡诺已接近发现热力学第一定律和热力学第二定律，提出了理想热机的热 循环理论，奠定了热力学的理论基础。
热力学发展简史 热力学第一定律
迈尔(1814-1878)，是从哲学思维方面得到能 量守恒概念的。 1840年，迈尔是一位随船医生，在一次驶往 印度尼西亚的航行中，给生病的船员做手术时， 发现血的颜色比温带地区的红亮，这引起了迈 尔的沉思。他认为，动物的热是在燃烧过程中 产生的，食物中含有的化学能，可转化为热能， 在热带情况下，机体中燃烧过程减慢，因而留 下了较多的氧。迈尔认为，人是一个热机关， 体力和体温都来自于食物中所含的化学能。迈 尔的结论是：“因此力（能量）是不灭的，而 是可转化的，不可称量的客体”。
材料热力学
材料科学与工程学院 杨正文
E-mails: yangzw@
参考教材
徐祖耀、李麟箸 科学出版社 郝士明 主编 化学工业出版社 2004 年, 第一版 （适用于研究生）
江伯鸿 上海交通大学 出版社 王崇琳 著 高等教育出版社
参考教材
石霖 编著 机械工业出版社(1992) （适用于研究生）
(完整版)初中化学各单元知识框架图
四、酸、碱、盐的溶解性 1 、常见盐与碱的溶解性： ( 如果不读出括号中的字， 是不是一个较好记忆的顺口溜？ ) 钾 ( 盐) 、钠( 盐) 、铵盐全都溶，硝酸盐遇水影无踪。 硫酸盐不溶硫酸钡，氯化物不溶氯化银。 碳酸盐只溶钾 ( 盐) 、钠 ( 盐) 、铵 ( 盐) 。 碱类物质溶解性： 只有 ( 氢氧化 ) 钾、( 氢氧化 ) 钠、( 氢 氧化 ) 钙、 ( 氢氧化 ) 钡溶。 2、八个常见的沉淀物：氯化银、硫酸钡碳酸银、碳酸钡、 碳酸钙氢氧化镁、氢氧化铜、氢氧化铁 3、四微溶物： Ca(OH)2(石灰水注明“澄清”的原因 )CaSO4(实验室制二氧 化碳时不用稀硫酸的原因 ) Ag2SO4鉴( 别 SO42-和 Cl- 时，不用硝酸银的原因 )MgCO3(碳 酸根离子不能用于在溶液中除去镁离子的原因 )4 、三个不存在的
(2) 碱能与酸性氧化物反应生成盐和水 (3) 碱能与酸反应生成盐和水 (4) 某些碱能与某些盐反应生成新的盐和新的碱 3、盐的性质 (1) 某些盐能与较活泼的金属反应生成新的盐和金属 (2) 某些盐能与酸反应生成新的盐和新的酸 (3) 某些盐能与某些碱反应生成新的盐和新的碱 (4) 有些不同的盐之间能反应生成两种新的盐
2 、溶液 ( 多为无色 ) 浅绿色溶液 ---( 亚铁盐溶液 )FeCl2
溶液、 FeSO4 溶液黄色溶液 --- ( 铁盐溶液 )FeCl3
溶液、 Fe2(SO4)3 溶液、 Fe(NO3)3
溶液蓝色溶液 ---( 铜盐溶液 )CuCl2
溶液、 CuSO4 溶液、 Cu(NO3)2 溶液蓝绿色溶液 -CuCl2
溶质的 质量分数
不饱和溶液
饮誉中外的材料科学家我国材料相变、形状记忆材料、热力学等研究领域的开拓者——中国科学院院士徐祖耀
学 与 工 程 系 主 任 、 比 利 时 鲁 汶 大
学 客 座 教 授 ， 香 港 城 市 大 学 名
誉 教 授 。 现 任 上 海 交 通 大 学 学
术 委 员 会 委 员 、 材 料 科 学 与 工 程 学 院 教 授 ， 中 国 科 学 院 院
士 。 １ ８ ． ９ 年 任 马 氏 体 相 变 ３１ ９ ９ ９ 国 际 顾 问 委 员 会 委 员 、 １ ９ 年 起 ９ ９ 任 名 誉 委 员 ； １ ８ 年 起 任 国 际 贝 ７ ９ 氏 体 相 变 委 员 会 委 员 ， 国 际 学 报 Ｍ ａｅｉｌ Ｃｈ ｒｃｅｉａｉｎ （原 ｔｒａｓ ａａ ｔｒｚ ｔｏ Ｍｅａｌｇ ａ ｈ ） 国 际 顾 问 编 委 ， ｔｌｏ ｒｐ ｙ
珂 圃 人 韧 Ｃ ｏ ｒＣ ｅ ｅ ｉ ｖ ｖｅ ｌ ｂｒ ｔ
饮 誉 中 外 的 材 料 科 学 家
我 国 材 料 相 变 、形 状 记 忆 材 料 、热 力 学 等
研 究 领 域 的 开 拓 者 一 一
中 国 科 学 院 院 士
徐 祖 耀 男 ， １ ２ 年 ９ １
３ 生 ， 浙 月
徐 襁 耀
１ ９ ．０ ３ 任 日 本 钢 铁 学 会 会 刊 国 际 ７２ ０ 年 ９
版 （ Ｓ Ｊ ｎｅｎ ｔｏ ａ） 顾 问 编 委 ， 现 Ｉ Ｉ ，Ｉ ｔｒ ａｉｎ １
任 昆 明 理 工 大 学 、 南 京 理 工 大 学 等 六 校 名 誉 教 授 。 曾 应 邀 在 美 国 、 德 国 、 日本 等 国 多 所 著 名 大 学 讲 学 ， 多 次 参 加 国 际
散 马 氏体 相 变 中 间 隙 原 子 （ 子 ） 离
《材料热力学与动力学》课程教学大纲.doc
《材料热力学与动力学》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号:13103103 课程类别：专业核心课程适应专业：材料物理总学时：54学时总学分：3学分课程简介：本课程是我院材料专业的专业基础课程，本课程重点介绍了经典热力学和统计热力学理论在揭示材料中的相和组织形成规律方面的应用，注意通过材料问题实例来使读者理解和寧握热力学的基本规律。
本课程由浅入深地讨论单组元系、二组元系和三组元以上的多组元系材料的相形成规律和相平衡问题；相变的热力学问题；重要的溶体模型和集团变分模型；亚稳、局域等次级相平衡以及材料设计与热力学等问题。
授课教材：《材料热力学》第2版，徐祖耀，中国科学技术出版社，2001。
参考书目：[1]《材料热力学与动力学》，徐瑞，哈尔滨工业大学出版社，2003。
[2]《材料热力学》，徐祖耀，小国科学技术出版社，1982。
二、课程教育目标：通过该课程的学习，常握热力学四大定律的概念、实质、适用条件、意义，理解热力学定律是如何通过热力学函数应用到材料科学研究领域而形成材料热力学规律，掌握上述规律的概念、函数表达、适用条件，能用材料热力学规律解决材料研究中的具体问题，能解释材料科学研究中遇到的热力学现象，熟练棠握热焙、嫡、自由能、偏克分子量、活度等热力学参量在具体材料变化过程中的求解方法和对过程做出正确的判断，学握热力学函数小的重要函数关系尤其是麦克斯韦关系，学握相图热力学、相变热力学、曲面热力学、溶液热力学、缺陷热力学等规律和概念，了解动力学规律，并解决材料研究中的一些问题。
三、教学内容与要求第一章绪论与热力学第一定律教学重点：第一定律及应用。
教学难点：状态函数的理解及在热力学计算中的灵活运用。
教学时数：6教学内容：材料热力学的概念、课程的教学目的和学习方法，第一定律及相关函数，状态函数及全微分，热焙与比热，标准态等知识。
教学方式：课堂讲授教学要求：理解材料热力学的概念、课程的教学目的和学习方法，学握第一定律及相关函数, 状态函数及全微分，热恰与比热，标准态等知识。
九年级化学-金属和金属材料讲学案及思维导图
金属和金属材料讲学案【本课思想导图】课题1 金属材料教学【教学设计思路】根据课程标准要求，关于金属材料的学习，在认知领域的教学属于知道和了解水平，且学生已有关于金属和合金的不少生活常识，学习难度不大。
为维护课标的严肃性，教学忌拔高知识难度，但在教学中，对于过程与方法，情感态度与价值观可考虑加强一些。
使学生在学习过程中去深刻感知金属的物理性质及合金的巨大使用价值。
从方法和情感层面获得加强和熏陶，不失为一种教学创新。
这样做对知识学习而言，可以变枯燥为生动；对过程与方法而言，可以获得实验探究、调查研究、归纳分析等训练；还可透过关于中国冶金发展史的学习对爱国情感的熏陶等等。
同时，本课题教材联系学生生活常识较多。
为扩大学习成果，在课前、课中及课后力求安排一些学生活动，以激发化学学习的持久兴趣及升华科学情结。
因此，本课题的教学，以指导学生探究学习、发展学生认知能力为出发点及归宿而设计。
【教学目标】知识与技能：1、通过日常生活中广泛使用金属材料等具体事例，认识金属材料与人类生活和社会发展的密切关系。
2、了解常见金属的物理性质，知道物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但同时还需考虑如价格、资源以及废料是否易于回收等其他因素。
3、认识在金属中加热熔合某些金属或非金属可以制得合金，知道生铁和钢等重要合金，以及合金比纯金属具有更广泛的用途。
过程与方法：1、引导学生自主实验探究金属的物理性质（重点探究导电、导热性等）。
2、通过讨论探究物质的性质与用途的关系，培养学生综合分析问题的能力。
3、通过查阅合金的资料，培养学生独立获取知识的能力。
情感态度与价值观：1、通过实验探究活动让学生体验成功的喜悦，逐步养成在学习过程中敢于质疑敢于探究的良好品质。
2、通过调查考察认识化学科学的发展在开发新材料提高人类生存质量方面的重大意义和贡献。
【教学重点】1、引导自主探究金属的物理性质。
2、在交流学习中认识常见的合金并了解其广泛的用途。
第一章 冶金过程热力学基础(1)
Gi Gi0 RT ln ai
(
即：
i
0 i
RT ln ai
)
G G 0 RT ln J a
Ja
aCc
.a
d D
a
a A
.aBb
（活度商）
G0 RT ln K
第一章 冶金过程热力学基础
等温方程式： G G 0 RT ln J a RT ln K RT ln J a
等温等压下，化学反应自由能的变化是反应进行方向、限度的判据：
一、焓H： H U pV (U：内能)
焓H又称为热焓，它是体系的状态函数。一个体系在等压下发生状态 变化时，其焓变即为该过程的热效应。
T2
q p H C pdT H 2 H1
T1
备注：U：体系内质点所具有的总能量。
第一章 冶金过程热力学基础
二、熵S： 熵也是体系的状态函数，体系中质点排列的状态数越多，越混乱，S值越
钢铁冶金原理
内蒙古科技大学 材料与冶金学院冶金工程系
主要内容
第一章 冶金过程热力学基础：热力学基础，反应热力学分析 第二章 冶金过程动力学基础：动力学基础，反应动力学分析 第三章 铁的还原：铁氧化物还原的热力学，动力学分析 第四章 碳的氧化反应：风口前碳的燃烧，生铁渗碳，炼钢脱碳 第五章 硅，锰，铬，钒等元素的氧化和还原 第六章 磷的去除：脱磷的热力学及动力学分析 第七章 硫的脱除：脱硫的热力学及动力学分析 第八章 脱氧：脱氧的热力学动力学分析 第九章 钢中的非金属夹杂物、来源，对钢性能的影响，去除
T
188521 160 .07
J mol
在计算机上对表中数据进行回归得： lg K 9771 8.28 T
两种计算结果相近。
第一章 热力学定律
§2.4 焓
2.4.2 △H与Qp Qp : 恒压，非体积功为零(dp=0, dW‘=0)的过程中， 系统与环境交换的热。 恒压过程: dp=0，p环=p；W' = 0时 W = -∫p环dV = -p环(V2-V1)= -(p2V2-p1V1) 据热力学第一定律： Qp = △U - W = (U2-U1) + (p2V2 - p1V1) = ( U2 + p2V2 ) - ( U1 + p1V1 ) = △ H
W>0 对系统作功 22
W<0 对环境作功
§2.3 准静态过程与可逆过程
2.3.1 准静态过程与可逆过程 （1） 准静态过程（guasi-static process）
在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态，以致在任意选取 的短时间 dt 内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过 程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态 过程。 准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。 一个过程的发生必定引起状态的改变而状态改变一定破坏平衡。 但当一个过程进行得非常慢，速度趋于零时，这个过程就趋于准静态 过程。
（3）相平衡（phase equilibrium）多相共存时，各相的组成和数量 不随时间而改变 （4）化学平衡（chemical equilibrium ）反应系统中各物的数量不 再随时间而改变
8
§2.1 热力学基本概念
2.1.2 状态和状态函数 状态：系统的物理，化学性质的综合表现; 状态性质：系统处于某一状态时的性质，是系统本身 所属的宏观物理量。 如：T，p, ，V，m， U，H，S…
特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不 变。 也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的 热力学第一定律是人类经验的总结，事实证明违背该定律的实 验都将以失败告终，这足以证明该定律的正确性。
金属凝固热力学与动力学课件
金属凝固过程中，溶质再分配对组 织和性能产生重要影响。了解溶质 再分配的动力学特性有助于优化金 属的组织和性能。
金属凝固的动力学模型
经典动力学模型
经典动力学模型如Fick's Law、Arrhenius Law等，可用于描 述金属凝固过程中的扩散、传输和界面动力学等过程。
现代动力学模型
随着计算机技术的发展，现代动力学模型如分子动力学、蒙 特卡洛模拟等被广泛应用于研究金属凝固的动力学过程。这 些模型能够更精确地描述金属凝固的动力学特性，并预测金 属的组织和性能。
气孔和夹杂物
金属凝固过程中，气体和夹杂 物的卷入导致铸件内部形成气
孔和夹杂物。
金属凝固的缺陷形成机理
体积收缩
金属凝固过程中，液态金属转变为固 态时体积收缩，导致铸件内部产生孔 洞和疏松。
热应力
由于金属凝固过程中温度变化引起的 热应力，可能导致铸件开裂。
溶质再分配
金属凝固过程中，溶质元素在固液相 中的再分配导致铸件成分不均匀。
智能化控制
利用先进的传感器和控制系统，实现对金属凝固 过程的智能监控和优化控制。
THANKS
感谢观看
界面动力学
金属凝固过程中，固-液界面处的原子迁移对凝固形态和 组织形成具有关键作用。了解界面动力学的机制有助于理 解金属凝固的动力学特性。
金属凝固的动力学过程
形核过程
金属凝固过程中，形核是重要的 步骤之一。了解形核的动力学特 性有助于预测和控制金属的组织
和性能。
生长过程
金属凝固过程中，固相的生长是重 要的过程之一。了解生长的动力学 特性有助于理解金属的组织和性能。
探讨不同相之间平衡的条件，以及这 些条件对金属凝固过程的影响。